Международная группа микробиологов выяснила, что подавляющее большинство мирных бактерий-симбионтов, обитающих в кишечнике человека, обладают сложными механизмами для доставки белков непосредственно в наши клетки. До недавнего времени считалось, что подобный способ воздействия характерен исключительно для патогенных инфекций, однако новое исследование продемонстрировало: комменсальные бактерии используют его не для нападения, а для регулирования иммунной системы и контроля воспалительных процессов.
В микробиологии широко распространена система секреции III типа (T3SS). Это сложный белковый комплекс, функционирующий подобно микроскопической игле со шприцем. С помощью него бактерия проникает через мембрану клетки-хозяина, вводя внутрь собственные белки – эффекторы.
Ранее считалось, что система секреции типа III (T3SS) характерна только для агрессивных патогенов, например, сальмонеллы, возбудителей чумы или шигеллы. С её помощью эти бактерии вводят токсины, разрушающие клетки. Тем не менее, генетические исследования выявили наличие генов T3SS и у безвредных кишечных бактерий, что порождало вопрос об их функции: какова роль подобных генов у мирных обитателей кишечника?
Авторы исследования, опубликованного в журнале Nature Microbiology, провели анализ геномов тысяч бактерий типа Pseudomonadota, в кишечнике здоровых людей обитают микроорганизмы. С использованием алгоритмов машинного обучения ученым удалось спрогнозировать, какие белки эти бактерии способны выделять в организм человека.
Ученые разработали карту HuMMI (Human-Microbiome Meta-Interactome). С помощью молекулярных биологических методов они изучили взаимодействие каждого бактериального белка с белками человека в лабораторных условиях. В качестве последнего этапа исследователи проверили полученные результаты на живых культурах человеческих клеток, наблюдая за изменением поведения иммунитета при введении исследуемых белков.
Анализ показал, что у 80% изученных непатогенных бактерий, населяющих здоровый кишечник, функционируют системы T3SS. Однако, вводимые ими белки-эффекторы не идентичны токсинам, продуцируемым патогенами.
Данные белковые соединения не приводят к гибели клеток человека. Вместо этого они воздействуют на сигнальные пути, в особенности на NF-kB, который регулирует воспалительные процессы. Следовательно, бактерии изменяют параметры иммунной системы, побуждая её к ответной реакции или подавляя её активность.
Исследование данных пациентов, страдающих воспалительными заболеваниями кишечника (ВЗК), выявило интересное противоречие. При болезни Крона у людей наблюдалось увеличение числа бактерий, обладающих определенными свойствами, в то время как у пациентов с язвенным колитом – уменьшение. Это говорит о том, что влияние бактерий на клетки организма может оказывать как защитное, так и провоцирующее воздействие, в зависимости от конкретной ситуации.
Изучение этой области пересматривает представления о том, как человек взаимодействует с микробиомом. Система T3SS у симбиотических бактерий выступает не как оружие, а как канал коммуникации. Бактерии не ограничиваются сосуществованием с нами и выделением веществ в кишечник; они буквально проникают своими структурами внутрь наших клеток, чтобы влиять на наше здоровье.